厂务设施中央监控系统设计指引.doc

CERTIFIED PROJ. MGR DATE 0INITIAL ISSUE CLIENT DATE REV.DESCRIPTIONBYCHK.APPR.DATESHEET 1 OF 22GL-DG-MEP-I501 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 Facility Monitoring and Control System Design Guide 厂务设施中央监控系统设计指引 技术手册 高科技项目/仪电组 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 2 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 目 录 1.0 系統簡介系統簡介.3 1.1系統用途3 1.2主要設備3 1.3控制功能5 2.0 設計準則設計準則.5 3.0 設計步驟及注意事項設計步驟及注意事項7 3.1建立廠務監控系統架構圖7 3.2依設備需求製作控制系統之 I/O LIST.9 3.3繪製各系統設備之控制流程(概念)圖.10 3.4選擇相關軟體10 3.5控制器與儀器平面配置圖11 3.6廠務監控系統規範書11 3.7儀器規範書12 3.8完成廠務監控系統圖面設計與規範12 3.9圖面設計與規範書之校核、審定與核准12 3.10 圖面設計與規範書確認13 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 3 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 1.0系统简介 1.1系统用途 半导体电子厂厂务系统之中央监控系统，是提供半导体电子厂房洁净 的工作环境及稳定与安全的 Utility 供应系统，使工厂生产线运作顺利， 维持高良率。 负责供应半导体电子厂之洁净的厂房环境维护及制程上所需之各系 统之厂务公用设施，称为“厂务系统”，每个厂务系统大都会有自己 独立之监控系统(统称为 SCADA，Supervisory Control And Data Acquisition System) 例如 Mep SCADA、Clean Room SCADA、Power SCADA、WWT SCADA、DIW SCADA.等。中央监控系统 (FMCS)，简单的说是将许多不同系统性质之监控子系统(SCADA)， 进行信息之整合，进而形成一个单一且功能强大的全厂厂务管理系 统，成为有效的管理信息，做为厂务系统操作者与管理阶层的有效 工具。 1.2主要设备 厂务监控系统，主要之设备如下： 1. 控制器 PLC (Program Logic Controller)可程控器 DDC (Direct Digital Controller)直接数字控制器 SLC (Single Loop Controller)单回路控制器 DCS (Distribution Control System)分布式控制系统 目前半导体电子厂之 FMCS 架构大都 以 PLC 或空调用 DDC 为 Base 较多。 2. 监控平台 人机界面(Human Machine Interface，HMI) 广义而言，只要是提供操作者与机器设备沟通、操作，控制及 管理的工具接口，都算人机界面(HMI)，例如传统的控制盘， Mimic Board，Annunciation，控制台 Operation Console.等。 在 FMCS 系统, 所有以往的操控接口都可在计算机上执行，因此 对现代的中央监控系统而言，HMI 指的是透过 PC 及图控软件所 执行的厂务监控设施。一般人机界面包括: 监控计算机(Engineer、Operator and Other Viewer Station) 服务器(Data、Alarm、Web or Others Server) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 4 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 系统软件 喷墨或雷色彩色打印机(Trend，Historian) 针式打印机(Alarm) 网络集线器(Switch Hub) 其他(警报系统) 3. 通讯网络(Communication Network) 通讯系统标准化 目前 PLC 之通讯网络发展，皆以标准之模块化通讯协议 (Protocol) ，取代以往透过(Gate Way)程序编译之软件方式。 通讯网络模块(Communication Module)之网络阶层。 -信息层(Information Layer) -控制层(Control Layer) -设备层(Device Layer) 4. 系统软件 PLC 系统软件，目前大多建立在 Windows 工作环境依其功能/用 途可分为: PC 作业环境软件 PLC 编辑软件 FMCS 图控软件 Server 软件 其他驱动程序/软件 5. 传输媒体(Physical Media)电缆 信息层/控制层 -二芯对绞线(Twisted Pair) -同轴电缆(Coaxial Cable) -光纤电缆(Fiber Optic Cable) 设备层 二芯对绞线 (Twisted Pair) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 5 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 6. 现场仪器设备 装置于电子厂房各厂务系统之现场管线(Pipe or Duct)、容器 (Vessel)、水槽(Tank)、集水坑(Pit)或其他机械设备上之压力、 温度、湿度、露点、焓值、差压、流量及液位之仪器开关 (Switch)、传送器 (Transmitter)及现场传感器(Sensor/Element) 等。 控制阀类 对制程上流体之差压(压力)、温度、湿度、露点、焓值、流 量、液位等，做适当之节流或 ON/OFF 之控制。 1.3控制功能 FMCS/Scada 功能 在 FMCS 系统，所有的操控接口都可在计算机上执行，因此透过 HMI 之监控计算机(Engineer、Operator and Other Viewer Station)及图 控软件所执行的厂务监控功能如下：控制- 各系统制程上之 Pump 、Fan 运转、设备启停、控制阀开关及压力、差压、温度、湿度、露 点、焓值、流量、液位.等之闭回路、开回路、逻辑连锁、批次及 警报设定等之控制。 2. 监视/数据收集-各系统制程管线及设备上之(压力、差压、温度、 湿度、露点、焓值、流量、液位等)数据及马达、设备运转、 控制阀开关状态及警报等之数据收集、指示、记录及监视等。 3. 监视/分析-各系统制程参数、设备运转及启停、控制阀开关.等 之运转参数，可随时 Real time 作为报表记录、历史趋势图 (Historian 、Trend 、 Log)等，并作为日后维修、校正及异常分析。 2.0设计准则 2.1厂务监控系统之控制器架构设计，并无一定之标准，应以 ITB 之要求 及业主意见为考虑依据。 1. 一般大型晶圆厂或 LCD 之厂务监控大都是 PLC 为 Base。 2. 一般模块厂 LCM 或组装厂，则是以 DDC 架构，也有只用 DDC 或 SLC 之现场控制功能。 3. 其他亦有 PLC+DDC(如华东 S2)或是 DCS+PLC(如台朔光电 PDP-I 厂)。 4. 另外必须考虑是否有 Redundant 之需求及 Redundant 之方式。 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 6 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 2.2现场仪器设备除了业主 ITB 之要求外，应考虑制程用途，作适当选择 工业级或依一般商业用之空调仪器设备及控制阀类。 2.3仪器电源(如 110 VAC、24 VDC or 24 VAC)及信号(如 420mADC or 010 VDC)之种类规划，除了业主 ITB 之要求外，亦应将控制器型式 (PLC or DDC)与仪器电源合并考虑。 2.4本作业应依据下列适用之档、标准及法规 1. 本作业依据之文件： 业主技术规范书厂务监控(FMCS)系统及仪器设备相关部分 项目有关会议记录及备忘录 当地国家标准及电气法规 仪控设计工作指导书 厂区建物位置平面图 机电设备平面配置图 危险区域划分图 机电仪控界面及电源单线图 电缆线槽配置平面图 控制器及仪器设备厂家数据等 2. 本作业依据之标准及法规 NEMA 国际电气制造商协会 (National Electrical Manufacturers Association) ANSI 美国国家标准 (American National Standard Institute) NEC 国际电气法规 (National Electrical Codes) ISA 美国仪表协会 (Instrument Society Codes) UL 保险商实验所 (Underwriters Laboratories) DIN 德国工业标准 (Deutshes Intiitute Fur Normung e.v.) ASME 美国机械工程协会 (American Society of Testing Materials) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 7 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 ASTM 美国材料测试协会 (American Society of Testing Materials) IEC 国际电机协会 (International Electromechanical Commission) IEEE 电机及电子工程协会 (Institute or Electrical and Electronic Engineers) CNS 中国国家标准 (China National Standard) 3.0设计步骤及注意事项 中央监控系统(FMCS)规划设计工作，需依据业主 ITB 之要求、技术规范 书及仪控设计工作指导书，逐步完成项目工作范围之厂务中央监控系统 之设计工作，包含下述步骤 3.1建立厂务监控系统架构图 1. 选择控制器型式 PLC、DDC、DCS or SLC 或多种控制器组合为 厂务监控(FMCS)系统之架构。如附件： PLC 控制系统之架构图(附件一) DDC 控制系统之架构图(附件二) DCS + PLC 控制系统之架构图(附件三) PLC + DDC 控制系统之架构图(附件四) 2. 控制器之数量需依系统、功能及位置考虑： 不同系统之控制器要独立(如 Clean Room HVAC、MEP、DIW、WWT、Process Exhaust等控制器应 分开)。 如仪器或机械设备在相距很远之 Building 宜选用 Remote I/O Panel or 小型 PLC(如 A-B Micrologic1000/1500)。 3. 是否有 Redundant 之规范要求？Redundant 之方式为何？ (CPU & Power Supply) Redundant (CPU、Power Supply & Communication) Redundant 4. 或是其他 Backup 方式？ PLC + SLC (Backup Panel) PLC+DDC (Backup Panel) (附件五) PLC (Redundant)+SLC (Backup Panel) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 8 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 5. 选择适当之模块 a. 网络通讯(Protocol)模块 一般 PLC or DCS 与 FMCS/HMI 图控之信息层都可具备 Ethernet 之网络通讯接口及 TCP/IP 之通讯协议(Protocol) 模块。 PLC 与 HMI 图控之网络通讯接口，也可以控制层(如 Modbus or A-B 之 D-H+)连接之网络架构。 PLC 与 PLC or Remote I/O Panel 之控制层连接，则是以 各厂牌之通讯协议(Protocol)模块而定(如 Siemens 之 Profidbus、Modicon 之 Modubus 或 A-B 之 ControlNet or D-H+等)。 各 DDC 厂家之 HMI 图控通讯接口，则较为封闭，不开 放连接其他厂牌之 DDC or PLC 控制器。 PLC + DDC 之架构，需考虑在 PLC 架构平台之 HMI 图 控(如 Intouch or iFix)，DDC 则要注意需有 Ethernet 之通 讯接口整合器。 电力监控之数字电表(Power Meter)数量之 RS-485/Modbus 模块需求量。 其他独立系统与 FMCS/HMI 图控之信息层，必需具备 Ethernet 之网络通讯接口及 TCP/IP 之通讯协议(Protocol) 模块。 b. I/O 模块 Analogue Input & Output Modules 需配合现场仪器之信号 需求，一般是 420mADC or 010 VDC。 Digital Output Modules 需有 Isolated Relay，Input Signal 需要求为 Dry Contact。 6. 决定 HMI 之设备功能及数量 监控计算机要考虑 Engineer、View 及 Alarm、WEB 及 SQL 等 Server 之功能及数量。 其他相关设备，视业主之需求，如 Hard Copy Printer(Color Jet or Laser type)、Alarm Printer(Matrix type)、 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 9 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 Hub、Annunciation Panel等。 7. 选择传输媒体 a. 一般之传输媒体电缆： 二芯对绞线(Twisted Pair)-费用便宜,传输效果佳 同轴电缆(Coaxial Cable)-费用次之,传输效果更佳 光纤电缆(Optic Fiber Cable)-费用贵,传输效果优异 b. 控制器之信息层与控制层需视距离远近与传输数据之负载量 而定。 一般小厂之监控系统，距离近与传输数据之负载不大， 可采用二芯对绞线(Twisted Pair)。 大厂之信息层传输数据负载大，则可考虑选用光纤电缆 (Optic Fiber Cable)，控制层如距离不远，一般都选用二芯 对绞线(Twisted Pair)。 c. 现场仪器与控制器 I/O 模块之设备层，目前都是用二芯对绞 线 (Twisted Pair)，仿真讯号需加遮蔽网(Shield)。 3.2依设备需求制作控制系统之 I/O List 1. 依 P&ID 流程图之仪器及机械设备之种类、功能及数量，计算 I/O 点数。(附件七) 2. 依马达/泵之控制方式，计算 I/O 点数。 1 x Do for Pump On/Off (Maintain Contact) 2 x Do for Pump On and Off (Pulse Signal) 3. 依马达控制阀(MOV)之控制方式，计算 I/O 点数。 1 x Do for Motor Valve Open/Close (Spring Return or 利用一个 Do 之输出 Relay a/b 接点控制 Motor Valve Open and Close) 2 x Do for Motor Valve Open and Close (Pulse Signal) 4. 被控制设备是否有其他回馈信号? 变频器是否有其他回馈信号(如电流、频率等) 比例式控制阀是否有其他回馈信号(如 Opening % Signal) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 10 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 On/Off 式控制阀是否有其他回馈信号(如 Open/Close Limit Switches) 5. 电气组提供高低压盘(如 ACB/VCB、AVR、ATS、UPS 及 Diesel Generator 等)之电力监控需求。 6. 注意 ITB 之要求及技术规范上 Spare I/O 及 Panel 之 Spare Space 需求量。 3.3绘制各系统设备之控制流程(概念)图 1. 依业主 ITB、技术规范之要求及机械各系统之流程图或 P&ID 图， 绘制监控系统之控制流程(概念)图。(如附件八) 2. 须注意各制程机械设备、相关仪器及控制阀之信号种类及数量需 求，并将它表示于控制系统流程(概念)图上。 3. 如为各系统 Package 之控制设备(盘)或仪器，应以”Note” 加以注 明”Scope by Xxx”，以区分工程范围。 4. 仪器设备之编号(Tag No.)应标写于控制流程(概念)图面上，如相 似之设备(如空调箱)上之仪器可以表格制作表示之，如无法完全 表示于图面上，应于规范上统一仪器编号之规则与方法。 5. 决定 PLC、DDC or DCS 控制系统之电力需求 a.PLC or DCS 电力需求为 110 or 220 VAC 50 or 60Hz(依当地 电力系统而定)。 b. PLC or DCS 之 I/O 模块电力需求为 24 VDC，可提供二线式 仪器之 24 VDC Loop Power。 c.DDC 电力需求大多为 24VAC(现场 DDC 盘电源可提供空调 仪器 24 VAC Power 需求)。 d. PLC Remote I/O Panel 或 DDC Panel 需可提供现场仪器(24 VDC、24VAC、110/220 VAC 50/60 Hz)之电力需求。 3.4选择相关软件 1. 依业主 ITB 或技术规范之要求，选择适当之图控软件。 2. 所有系统使用之软件(含系统操作、逻辑编写、图控软件等)都 必须具有合法版权。 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 11 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 3. 目前电子厂较常用之图控软件为 Intouch 或 iFix。 4. 如业主无特殊要求或规定，则以与控制器同厂牌之 Package 图控 软件为优先考虑，如 Siemens 之 WinCC、A-B 之 Rsview S.E 或 GE 之 Cimplicity等。 5. 需依工作站之功能区分发展(Develop)版(for Engineer Station)与执 行(Run time)版(for View / Control Station)。 6. 如业主规范要求专业 Server 软件，则需另外规划 SQL 或其他 Server 软件(一般 Develop 版图控软件，也可以做 Server 功能)。 7. 其他相关软件，如 PC 之操作系统 Win 2000 or XP Professional、Office、Printer Driver等。 3.5控制器与仪器平面配置图 (除非业主 ITB 有此要求，否则一般都是 由施工承商绘制平面施工图) 1. 依机械各系统之管线设备平面图，修改并绘制监控系统之控制器 与仪器位置与编号(Tag No.)。 2. 上述之图面，套上电气组提供之 Cable Tray 配置图。 3. 最后加上监控系统之控制器与仪器间之电缆与电管需求，完成厂 务监控系统之控制器与仪器平面配置图。 4. 需注意电管之规格材质，一般是屋外使用 RSG 管，屋内使用 EMT 管，预埋使用 PVC 管。 3.6厂务监控系统规范书 厂务监控系统规范书，至少应包括下列项目： 工程说明 工程范围 工程接口(包括承包商职责) 品管 厂商图面、文件提送(必须包括工程细部施工与竣工图面) 运送、储存与装卸 系统架构与功能说明 设备功能与规格(包括控制器、工作站、服务器、外围设备、 系统软件、UPS 供电设备等) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 12 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 执行计划(包括工程计划、安装施工、测试与验收、教育训练、 维护与保固) 3.7仪器规范书 一般仪器规范书，至少应包括下列项目： 工程说明 工程范围 工程接口(包括承包商职责) 品管 厂商图面、文件提送(必须包括工程细部施工与竣工图面) 运送、储存与装卸 仪器设备通则说明 仪器设备功能与规格 执行计划(包括安装施工、测试与校正、仪器命名、教育训练、 维护与保固) 3.8完成厂务监控系统图面设计与规范 厂务监控系统的设计图说(Design Output)须包括下列部分或全部之图 面或档 1系统架构图 2输入输出表(I/O List) 3各系统设备控制流程(概念)图 4控制器与仪器平面位置图(如果业主 ITB 有此要求) 5规范书 6材料表 3.9图面设计与规范书之校核、审定与核准 图面设计与规范书完成后根据内所列项目及其权责划分由设计工程 师审查者专长组长(Lead Engineer)逐项校核、审定并作修改记 录，再送授权主管核准并签名。 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 13 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 3.10 图面设计与规范书确认 1设计图面与规范书经部门之审定与核准后，送请项目经理 (Project Manager)核准及业主(依合约规定)确认，以确认本设计 符合项目及业主要求。 2项目经理或业主如有任何意见，应以书面正式通知原设计者修 订，经进版修改及部门内之校核、审定与核准程序后，再送请 项目经理(Project Manager)核准及业主(依合约规定)确认。 3将确认完成之核准图及其它相关数据，一并发行供业主发包作 业。 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 14 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 (附件一, PLC 监控系统架构图) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 15 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 (附件二, DDC 监控系统架构图) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 16 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 (附件三, DCS+PLC 监控系统架构图) 厂务设施中央监控系统厂务设施中央监控系统 17 OF 22 DATE 设计指引设计指引 REV. 0 0 Z:/FileRoot/FileRoot_1_20150316/2019-1112b6530d2d-31ca-43b5-bfe7- 0b2e05ef4689dff2ff2525665dee4544988e38b0b707.pdf19/11/12 TEL:86-512-68258180 FAX:86-512-68256354 SND Architectural Design & Research Institute JIANGSU, CHINA 76, SHISHAN ROAD, SUZHOU, 供祘砞 ?穝?诞?皘 ?(?) SHANG DING ENGINEERING & CONSTR